ŠTUDIJ BIOTEHNOLOGIJE
Nejc THALER
IZBOLJŠANJE IMPREGNABILNOSTI SMREKOVINE Z BIOVREZOVANJEM
DIPLOMSKO DELO Univerzitetni študij
Ljubljana, 2010
Nejc THALER
IZBOLJŠANJE IMPREGNABILNOSTI SMREKOVINE Z BIOVREZOVANJEM
DIPLOMSKO DELO Univerzitetni študij
IMPROVING OF SPRUCE WOOD IMPREGNABILITY WITH BIOINCISING
GRADUATION THESIS University studies
Ljubljana 2010
Diplomsko delo je zaključek univerzitetnega medoddelčnega študija biotehnologije na Biotehniški fakulteti v Ljubljani. Opravljeno je bilo na Katedri za patologijo in zaščito lesa na Oddelku za lesarstvo Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani.
Študijska komisija dodiplomskega študija oddelka za biotehnologijo je dne 16. 06. 2010 odobrila naslov diplomskega dela in za mentorja diplomskega dela predlagala izr. prof. dr.
Miho Humarja, za recenzentko pa prof. dr. Nino Gunde – Cimerman.
Komisija za oceno in zagovor:
Predsednica: prof. dr. Branka JAVORNIK
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo Član: izr. prof. dr. Miha HUMAR
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek lesarstvo Član: prof. dr. Nina GUNDE – CIMERMAN
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo Datum zagovora:
Delo je rezultat lastnega raziskovalnega dela. Podpisani Nejc THALER se strinjam z objavo svoje naloge v polnem tekstu na spletni strani Digitalne knjižnice Biotehniške fakultete.
Izjavljam, da je naloga, ki sem jo oddal v elektronski obliki, identična tiskani verziji.
Nejc THALER
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA
ŠD Dn
DK UDK 630*841
KG impregnacija smrekovine/biovrezovanje/pikenjske membrane/lesne glive, impregnacija
AV THALER, Nejc
SA HUMAR, Miha (mentor)
KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101
ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Študij biotehnologije
LI 2010
IN IZBOLJŠANJE IMPREGNABILNOSTI SMREKOVINE Z
BIOVREZOVANJEM
TD Diplomsko delo (univerzitetni študij) OP XII, 52 str., 3 pregl., 29 sl., 1 pril., 93 vir.
IJ sl
JI sl/en
AI Les je eden najpomembnejših gradbenih materialov. V Sloveniji v gradbene namene uporabljamo večinoma smrekov les, ki pa nima zadostne naravne odpornosti, zato ga moramo ustrezno impregnirati.
Žal smrekov les ni najbolj impregnabilen. Raziskali smo, kako različne glive vplivajo na impregnabilnost smrekovega lesa skozi različna obdobja izpostavitve in kako se s časom spreminja tlačna trdnost izpostavljenega lesa. Smrekove vzorce smo izpostavili trem različnim glivam za tri različno dolga obdobja, izmerili izgubo mase, navzem impregnacijskih sredstev ter tlačno trdnost posameznih vzorcev.
Ugotovili smo, da se po 15 dneh izpostavitve glivi H. fragiforme mokri navzem Silvanolina® pri vlažnih vzorcih po vakuumsko-tlačnem postopku poveča za 126,4 % ± 23,3 % (povprečna vrednost ± standardni odklon) v primerjavi s kontrolnimi vzorci, mokri navzem vodne emulzije polietilenskega voska Poligen® WE 1, pri vlažnih vzorcih in istem postopku, pa se poveča za 325,5 % ± 73,2 % v primerjavi s kontrolnimi vzorci. Tlačna trdnost vzorcev je ostala nespremenjena. Raziskava je potrdila našo hipotezo, da lahko z uporabo gliv dosežemo boljšo impregnacijo smrekovega lesa, obenem pa smo ohranili tudi želeno tlačno trdnost lesa.
KEY WORDS DOCUMENTATION
DN Dn
DC UDC 630*841
CX impregnation of spruce-wood/bioincising/pit membranes/wood fungi/
impregnation
AU THALER, Nejc
AA HUMAR, Miha (supervisor)
PP SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101
PB University of Ljubljana, Biotecnical faculty, Academic Study Program in Biotechnology
PY 2010
TI IMPROVING OF SPRUCE WOOD IMPREGNABILITY WITH
BIOINCISING
DT Graduation Thesis (University studies) NO XII, 52 p., 3 tab., 29 fig., 1 ann., 93 ref.
LA sl
AL sl/en
AB Wood is one of the most important construction materials. In Slovenia spruce wood is most commonly used in construction. Spruce wood does not have sufficient natural durability and thus must be properly protected. Unfortunately, spruce wood is not very susceptible to impregnation. We have investigated the effect of different fungi on the impregnability of spruce wood through different periods of exposure to fungi, and the resulting changes in the strength of the wood. Specimens were exposed to three different fungi for three different periods of time.
Weight loss, preservative penetration, and compression strength were determined. Measurements have shown a 126,4 % ± 23,3 % increase of Silvanolin® penetration in moist specimens, when exposed to H.
fragiforme for 15 days and treated with vacuum-pressure system, and a 325,5 % ± 331,5 % increase of Poligen® WE 1 penetration in moist specimens, treated in the same conditions. Compression strength remained unaffected. In this research it was shown that different fungi can dissolve encrusted pit membranes and thus improve preservative penetration into spruce wood, and keep the desired compression strength simultaneously.
KAZALO VSEBINE
str.
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA...III KEY WORDS DOCUMENTATION...IV KAZALO PREGLEDNIC...VIII KAZALO SLIK...IX OKRAJŠAVE IN SIMBOLI...X SLOVARČEK...XI
1 UVOD...1
1.1 OPREDELITEV PROBLEMA...1
1.2 CILJ RAZISKOVANJA...1
1.3 DELOVNA HIPOTEZA...1
2 PREGLED OBJAV...2
2.1 LESNI ŠKODLJIVCI...2
2.1.1 Insekti...2
2.1.2 Glive...3
2.1.2.1 Obarvanje lesa (plesnenje, modrenje in rdečenje)...3
2.1.2.2 Trohnobe (rjava, bela in mehka trohnoba)...4
2.1.3 Ksilofagni morski škodljivci...5
2.2 ZAŠČITNA SREDSTVA...6
2.2.1 Bakrovi pripravki...6
2.2.1.1 Fungicidne in fungistatične lastnosti bakrovih spojin...7
2.2.1.2 Klasični bakrovi pripravki za zaščito lesa...8
2.2.1.3 Novejši bakrovi pripravki za zaščito lesa...10
2.2.2 Zaščitna sredstva na organski osnovi...11
2.2.2.1 Kreozotno olje (aromatske fenolne snovi)...11
2.2.2.2 Kvartarne amonijeve spojine...12
2.2.2.3 Piretroidi...12
2.2.2.4 Izotiazolini...12
2.2.2.5 Karbamati...12
2.2.2.6 Triazoli...12
2.2.3 Voski in druga vodoodbojna sredstva...13
2.2.3.1 Vodoodbojna učinkovitost voskov in njihova uporaba v lesarstvu...14
2.2.3.2 Čebelji vosek...14
2.2.3.3 Karnauba vosek...15
2.2.3.4 Montanski vosek...15
2.2.3.5 Parafinski vosek...16
2.2.3.6 Sintetični voski...16
2.3 IMPREGNACIJA SMREKOVINE...17
2.4 POSTOPKI ZA POVEČANJE NAVZEMA IMPREGNANTA V LES...17
2.4.1 Selekcija in vzgoja dreves...17
2.4.2 Sušenje lesa...17
2.4.3 Sprememba lastnosti nosilnih topil...18
2.4.4 Vrezovanje lesa pred impregnacijo...19
2.4.5 Radialno vrtanje in vrtanje skozi celotno deblo...20
2.4.6 Razkroj pikenj - biovrezovanje...20
2.4.7 Pogoji postopka impregnacije...21
3 MATERIAL IN METODE...22
3.1 VZORCI...22
3.1.1 Smrekovina...22
3.1.1.1 Opis lesa...22
3.1.1.2 Lastnosti lesa...22
3.1.1.3 Uporaba...24
3.1.2 Izdelava vzorcev...24
3.2 IZPOSTAVITEV VZORCEV TESTNIM GLIVAM...25
3.2.1 Priprava steklovine...26
3.2.2 Priprava gojišč...26
3.2.3 Testne glive...27
3.2.3.1 Hypoxylon fragiforme (Pers.: Fr.) J. Kickx, ZIM L108...27
3.2.3.2 Antrodia vaillantii (DC.: Fr) Ryv, ZIM L037...28
3.2.3.3 Sclerophoma pithyophila (Corda) Höhn, ZIM L070...29
3.2.4 Izpostavitev vzorcev glivam...30
3.3 IMPREGNACIJSKA SREDSTVA...31
3.3.1 Priprava Silvanolina®...32
3.3.2 Priprava voska Poligen® WE 1...32
3.4 OPREMA IN APARATURE...32
3.4.1 Droben laboratorijski material in ostale potrebščine...32
3.4.2 Aparature...33
3.5 GRAVIMETRIČNO DOLOČANJE IZGUBE MASE...33
3.6 IMPREGNACIJA VZORCEV...34
3.7 GRAVIMETRIČNO DOLOČANJE NAVZEMA IMPREGNANTA...34
3.8 DOLOČANJE TLAČNE TRDNOSTI...35
4 REZULTATI...36
4.1 IZGUBA MASE ZARADI DELOVANJA GLIV...36
4.2 SPREMEMBA NAVZEMA IMPREGNANTA IN TLAČNE TRDNOSTI...37
4.2.1 Navzem Silvanolina®...37
4.2.1.1 Obdobje A (15 dni (Hf, Av) in 30 dni (Sp))...37
4.2.1.2 Obdobje B (30 dni (Hf, Av) in 45 dni (Sp))...39
4.2.1.3 Obdobje C (45 dni (Hf, Av) in 60 dni (Sp))...40
4.2.2 Navzem emulzije polietilenskega voska Poligen® WE 1...41
4.2.2.1 Obdobje A (15 dni (Hf, Av) in 30 dni (Sp))...41
4.2.2.2 Obdobje B (30 dni (Hf, Av) in 45 dni (Sp))...42
4.2.2.3 Obdobje C (45 dni (Hf, Av) in 60 dni (Sp))...43
5 RAZPRAVA IN SKLEPI...44
5.1 RAZPRAVA...44
5.2 SKLEPI...45
6 POVZETEK...46
7 VIRI...47 ZAHVALA
PRILOGE
KAZALO PREGLEDNIC
str.
Preglednica 1: Lastnosti smrekovine...23 Preglednica 2: Vzorci, izpostavljeni delovanju gliv...31 Preglednica 3: Povprečna izguba mase in vlažnost vzorcev...36
KAZALO SLIK
str.
Slika 1: Od termitov poškodovan les...2
Slika 2: Ličinka enega od hroščev ...2
Slika 3: Plodišča glive S. sanguinolentum (a) in rdeče obarvanje lesa kot posledica (b)...4
Slika 4: Rjava trohnoba (a), napredovanje bele trohnobe skozi hlod (b) in piravost (c)...5
Slika 5: Smrekov les po vrezovanju...19
Slika 6: Stroj za vrezovanje lesa...19
Slika 7: Hife, ki prodirajo skozi piknje, posnete pod svetlobnim mikroskopom...21
Slika 8: Hifa, ki je razgradila pikenjsko membrano, posneta s SEM mikroskopijo...21
Slika 9: Žagalni stroj...25
Slika 10: Banka gliv Biotehniške fakultete...25
Slika 11: Mlada trosišča ogljene kroglice...28
Slika 12: Plodišča ogljene kroglice...28
Slika 13: Plodišče bele hišne gobe...29
Slika 14: Rizomorfi bele hišne gobe...29
Slika 15: Hlodovina, okužena z glivami modrivkami...30
Slika 16: Moder madež na cedrovini kot posledica delovanja gliv modrivk...30
Slika 17: Brazprašna komora Iskra PIO...30
Slika 18: Rastna komora...30
Slika 19: Vakuumsko-tlačna komora za impregnacijo...34
Slika 20: Določanje tlačne trdnosti...35
Slika 21: Naprava za določanje mehanskih lastnosti materialov Zwick-Roell...35
Slika 22: Štirje vzorci po določanju tlačne trdnosti...35
Slika 23: Razlike v obarvanju z melaninom pri vzorcih izpostavljenih glivi modrivki...36
Slika 24: Mokri navzem Silvanolina za obdobje A...37
Slika 25: Mokri navzem Silvanolina za obdobje B...39
Slika 26: Mokri navzem Silvanolina za obdobje C...40
Slika 27: Mokri navzem vodne emulzije voska Poligen WE 1 za obdobje A...41
Slika 28: Mokri navzem vodne emulzije voska Poligen WE 1 za obdobje B...42
Slika 29: Mokri navzem vodne emulzije voska Poligen WE 1 za obdobje C...43
OKRAJŠAVE IN SIMBOLI
ACQ Oznaka za novejše bakrove pripravke na osnovi bakrovih spojin in aminov.
ACZOL Eden prvih pomembnejših bakrovih pripravkov za zaščito lesa, razvit leta 1907.
Av Antrodia vaillantii
AWPA American Wood Protection Association – Ameriško združenje za zaščito lesa CCA Copper Chrome Arsenic – kratica za pripravke z bakrom, kromom in arzenom.
CCB Copper Chrome Boron – kratica za pripravke z bakrom, kromom in borom.
DCOIT 4,5-dikloro-2-n-oktil-4-izotiazoloin-3-on
HDPE High Density Poly Ethylene – Polietilen visoke gostote Hf Hypoxylon fragiforme
IPBC 3-jodo-2-propilbutil karbamat PE Poly Ethylene – Polietilen PP Poly Propylene – Polipropilen
PTFE Poly Tetra Fluoro Ethylene – Politetrafluoroetilen SCF Super Critical Fluid – superkritični fluid
Sp Sclerophoma pithyophila
V Vakuumski postopek
V-T Vakuumsko-Tlačni postopek
SLOVARČEK
aspiracija pikenj je pojav, do katerega pride v procesu ojedritve ali sušenja lesa. Vzrok temu so visoke napetosti, ki jih povzročajo vodni meniski izoblikovani v odprtinah pikenjskih struktur, skozi katere se pomika tok vode (rastlinskega soka). Med aspiracijo torus naleže na porus in zapre prehod skozi piknjo. Zaradi tega pojava je impregnacija smrekovine, jelovine in duglazije otežena (Usta, 2005).
bela trohnoba je skupno ime za glive, ki v vseh fazah razvoja razkrajajo ogljikove hidrate in lignin v lesu. Posledično ostane v lesu v glavnem celuloza, ki pa nima nobene strukturne trdnosti – mehak, bel in vlaknast les (Schmidt, 2006).
beljava je periferni del debla ali vej s še živimi parenhimskimi
celicami, ki vsebujejo rezervne snovi. V odmrlih trahearnih elementih beljave poteka transport vode in mineralov, v živih parenhimskih celicah trakov in aksialnega parenhima pa presnovni (metabolni) procesi in skladiščenje hranilnih snovi (Božičko, 2007).
biovrezovanje je biotehnološki postopek uporabe gliv ali bakterij za dosego boljše impregnabilnosti lesa.
Boucherie je ime za komercialni postopek impregnacije še stoječih
ali sveže posekanih dreves, ki se imenuje po svojem izumitelju. Posebnost te tehnologije je, da so impregnirali celo drevo, z lubjem, vejami in listjem vred, in na ta način vbrizgali sredstvo v obtok rastlinskih sokov. S pomočjo transpiracije v listih se je impregnacijsko sredstvo transportiralo navzgor po beljavi.
fungiciden izraz za snov ali biološki organizem, ki se uporablja za
uničenje gliv in njihovih spor.
impregnacija je postopek zaščite lesa z zaščitnimi sredstvi. Bistveno pri tem postopku je, da se zaščitno sredstvo enakomerno in dovolj globoko razporedi skozi celoten presek lesa.
jedrovina je notranji del debla drevesa in nastane pri procesu imenovanem ojedritev, to je postopno odmiranje tkiv notranjih plasti lesa. Jedrovina je pri nekaterih lesnih vrstah temno obarvana, takrat jo imenujemo črnjava.
Nekatera drevesa nimajo jedrovine (lipa, gaber, bukev, javor, …), pri teh vrstah se tkiva starajo zelo počasi.
kreozotno olje je eno najstarejših široko uporabljenih zaščitnih sredstev za les. Pridobivajo ga s suho destilacijo premogovega katrana, kot stranski produkt proizvodnje koksa.
Uporablja se predvsem za impregnacijo železniških pragov.
ksilofagni škodljivci so mnoge vrste organizmov, ki se prehranjujejo z lesom ali ga uničujejo na drugačen način.
melanin se imenuje razred spojin, ki jih najdemo v rastlinah,
živalih, glivah in prokariontih, in primarno služijo kot pigment. Glivni melanin proizvajajo glive modrivke, nastaja pa tudi na mejah med različnimi glivami oziroma med nekompatibilnimi miceliji gliv iste vrste.
piknje so majhne, obročaste, neperforirane pore v celičnih
stenah traheid. Njihova glavna funkcija je transport vode (rastlinskega soka) med celicami.
piravost je neenakomerno se razvijajoče trohnenje lesa, ponavadi
zaradi hkratnega razkroja več različnih gliv, med katerimi se vzpostavijo črne meje obarvane z melaninom.
rjava trohnoba je izraz za skupino gliv, ki v lesu presnavljajo ogljikove hidrate in celulozo ter hemiceluloze, lignin pa pustijo nedotaknjen. Posledica je prizmatično razpokan les rjave barve.
S2-sloj je drugi sloj sekundarne celične stene pri rastlinah.
Sekundarna celična stena se razvija od primarne celične stene proti notranjosti celice. S2-sloj pri smreki predstavlja približno 70 % debeline celične stene in zato v veliki meri določa mehanske lastnosti lesnih vlaken, tako za trdnost in trdoto kot tudi za nabrekanje. V vzdolžni smeri celuloznih vlaken ima največji vpliv na trdnost orientacija celuloznih mikrofibril, ki so v tem sloju razmeščene bolj ali manj vzporedno v vijačnici.
traheide so podolgovate celice ksilema višjih rastlin. Služijo za
transport vode in mineralnih snovi po rastlini. Te celice imajo debelo lignificirano celično steno in ko dozorijo, protoplast propade in ostane samo celična stena. Traheide dajejo iglavcem njihovo trdnost in so pri njih poglaviten tip celic.
1 UVOD
1.1 OPREDELITEV PROBLEMA
Les je biorazgradljiv in obnovljiv naravni material, ki se uporablja v konstrukcijske namene in tudi kot surovina v papirni ter lesni industriji, velik potencial pa ima tudi proizvodnja bioetanola (Mai in sod., 2004). Omejena naravna odpornost je značilna za večino evropskih lesnih vrst, zato je potrebno predvsem konstrukcijski les pogosto dodatno zaščititi pred glivami in insekti. Običajni pripravki so navadno osnovani na biocidih kot so bakrove spojine, kreozotno olje, borove soli ali organske spojine (Crawford in sod., 2000; Peylo in Willeitner, 2001; Humphrey, 2002). Večinoma se nahajajo v tekoči obliki, v obliki raztopin, suspenzij ali emulzij. Za dosego učinkovite zaščite je potrebna dovolj globoka in enakomerna razporeditev impregnacijskega sredstva po preseku, kar pa je z običajnimi postopki impregnacije pri smrekovem lesu težko doseči (Morrell in Morris, 2002).
1.2 CILJ RAZISKOVANJA
Širši cilj našega dela je bil doseči boljšo impregnabilnost smrekovine z biotehnološkim pristopom – biovrezovanjem. Za dosego tega cilja smo si zadali preveriti, kako delovanje treh različnih gliv vpliva na prodiranje impregnacijskih sredstev v smrekovino, ter izbrati najprimernejšo izmed testnih gliv. Enako pomembna je bila tudi določitev optimalnega časa izpostavitve delovnemu organizmu – izbrani glivi.
1.3 DELOVNA HIPOTEZA
Smrekov les se v našem podnebnem pasu najpogosteje uporablja v konstrukcijske namene.
Uporabo smrekovega lesa na prostem omejuje slaba naravna odpornost, ki jo želimo izboljšati z impregnacijo z zaščitnimi pripravki. Impregnabilnost smrekovine se s sušenjem izrazito poslabša zaradi aspiracije pikenj v celičnih stenah traheid (torus naleže na porus). Vrzeli v pikenjskih membranah lahko znova vzpostavimo z uporabo različnih gliv. Predvidevamo, da z izpostavitvijo smrekovine glivam izboljšamo impregnabilnost lesa in daljša je izpostavitev, boljša je impregnabilnost. Z daljšanjem izpostavitve se poslabšajo mehanske lastnosti, zatorej moramo poiskati optimalno pot med izboljšanjem impregnacije ter ohranitvijo čim boljših mehanskih lastnosti lesa.
2 PREGLED OBJAV
V tem poglavju opisujemo najpogostejše in najbolj škodljive organizme, ki napadajo les, ter sredstva in načine, kako jih z lesa odstraniti, oziroma, kakšne preventivne ukrepe izvesti, da do napada na les ne bi prišlo.
2.1 LESNI ŠKODLJIVCI 2.1.1 Insekti
V splošnem omenjamo štiri redove ksilofagnih insektov; termite (Isoptera), hrošče ali trdokrilce (Coleoptera), opnokrilce (Hymenoptera) in metulje (Lepidoptera). Glede na kakovost in vlažnost lesa, ki omogoča življenje in razvoj posameznih vrst žuželk, pa delimo ksilofagne insekte na primarne, sekundarne, terciarne in kvartarne (Kervina-Hamović, 1989).
Primarni ksilofagni insekti so prebivalci gozdov in napadajo zdrava drevesa, v katerih je pretakanje sokov intenzivno in se z njimi večinoma tudi hranijo. Med pomembnejše spadajo:
veliki hrastov kozliček (Cerambyx cerdo), mali hrastov kozliček (Cerambyx scopolii), veliki topolov kozliček (Saperda carcharias), čevljarček (Monochamus sutor) in drugi (Kervina- Hamović, 1989).
Sekundarni ksilofagni insekti se razvijejo v fiziološko oslabelih, sveže posekanih in od požarov ožganih drevesih – to so drevesa z upočasnjenim pretokom sokov. Večina teh insektov se posredno ali neposredno hrani s celulozo in z lesnimi poliozami, drugi pa s škrobom in beljakovinami v notranji plasti skorje. Najpogosteje navajajo: bukovega lestvičarja (Xyloterus domesticus), malega črnega črva (Xyleborus monographus), veliko lesno oso (Urocerus gigas) in termite (Kervina-Hamović, 1989).
Slika 1: Od termitov poškodovan les
(http://alliedpestpatrol.com/resources/wood+
damaged+by+termites.jpg)
Slika 2: Ličinka enega od hroščev (http://www.beetlebusters.info/i mages/large/photo_larvaInWood .jpg)
Terciarni napadajo zračno suh les s higroskopno vlago med 7 % in 20 %. Ti insekti so prilagojeni zelo skromnim življenjskim razmeram, zelo nizki vlagi in minimalnim količinam hranljivih snovi. Prehranjujejo se s celulozo in poliozami, ki jih razgrajujejo z lastnimi encimi ali s pomočjo simbiontskih mikroorganizmov. Ko se terciarni insekti naselijo v les, ga ne zapustijo, dokler po nekaj generacijah popolnoma ne uničijo njegove notranjosti. Sem spadajo: navadni trdoglavec (Anobium punctatum), mehki trdoglavec (Ernobius mollis), navadni parketar (Lyctus linearis), hišni kozliček (Hylotrupes bajulus) in drugi (Kervina- Hamović, 1989).
Kvartarni ksilofagni insekti se delijo na insekte mokrega lesa (rdečevrati kozliček (Leptura rubra)), insekte nekoliko strohnjenega lesa (vztrajnik (Dendrobium pertinax) in insekte strohnjenega lesa. Insekti v tej skupini so pomembni predvsem zaradi kroženja snovi v naravi (Kervina-Hamović, 1989).
2.1.2 Glive
Glede na končni učinek, ki ga imajo posamezne glive na les, smo razdelili opisane glive na tiste, ki les obarvajo, in tiste, ki povzročajo trohnenje. Tu so navedeni zgolj kratki opisi nekaterih vrst gliv, glive, ki smo jih uporabili za sam eksperiment pa so natančneje opisane v poglavju 3 Material in metode.
2.1.2.1 Obarvanje lesa (plesnenje, modrenje in rdečenje)
Izraz plesen izvira iz vsakodnevnega življenja in ni taksonomsko ime za posamezno sistematsko skupino. Različne plesni imajo širok spekter fizioloških odzivov na temperaturo, vodno aktivnost, vrednosti pH itn., zato lahko kolonizirajo mnoge različne materiale – temu pravimo plesnenje. Med plesni štejemo med 20.000 in 30.000 različnih gliv, ki smo jih včasih pripisovali lastnemu kraljestvu Deuteromycota („fungi imperfecti“ - neprave glive), danes pa je to zgolj informativen izraz za članice debel Askomikotina in Bazidiomikotina z nespolnim načinom razmnoževanja. Mnoge glive, ki jih označujemo kot plesni, so odgovorne tudi za plesnenje in obarvanje lesa: Penicillium implicatum, Aspergillus versicolor, Bispora moniliotides in druge (Schmidt, 2006).
Pod modrenje lesa štejemo modra, siva ali črna krožna obarvanja beljave, ki jih lahko povzoča od 100 do 250 gliv Askomikotin ali Deuteromikotin. Te glive se hranijo z lahko
dostopnimi hranili v parenhimskih celicah, obarvanje lesa pa povzroča melanin, ki ga glive proizvajajo v hifah. Nekaj najpogostejših modrivk; Aureobasidium pullulans, Sclerophoma pithyophila, Rhinocladiella atrovirens, Cladosphorium sphaerospermum in mnoge druge (Schmidt, 2006). V poglavju 3 Material in metode pa je natančneje opisano delovanje ene izmed tovrstnih gliv.
Rdeče obarvanje je eno najpogostejših obarvanj sveže požagane hlodovine, ki se pojavlja samo na lesu iglavcev in je posebej značilno za kontinentalno Evropo. Obarvanja v obliki trakov ali pik se širijo od lubja proti notranjosti debla. Povzročiteljice so številne glive, ki pripadajo skupini glive bele trohnobe iz debla Bazidiomikotin, posebno pri smreki Stereum sanguinolentum (Slika 3) in Amylostereum areolatum. Rdeče obarvanje se pojavlja, ko hlodovina ostane relativno vlažna skozi daljše obdobje v toplejših sezonah. Glive so sposobne preživeti tudi daljša obdobja suše in se ponovno aktivirati ob ugodnih pogojih. Prehranjujejo se najprej s hranilnimi snovmi v parenhimskih celicah, nato pa se razširijo aksialno vedno globlje v les, skozi piknje in tudi skozi celične stene traheid. Obarvanje naj bi bilo posledica izločanja pigmentov (Schmidt, 2006).
2.1.2.2 Trohnobe (rjava, bela in mehka trohnoba)
Rjavo trohnobo povzročajo Bazidiomikotine, ki presnavljajo ogljikove hidrate, celulozo in hemiceluloze v celičnih stenah lesa z encimatskim in neencimatskim razkrojem, medtem ko pustijo lignin skoraj nespremenjen – od tod rjava barva (Slika 4a). Razlog za to je, da večina gliv rjave trohnobe ne proizvaja lignolitičnih encimov, čeprav v nekaterih primerih poročajo tudi o dokazih za lignin peroksidazo, predvsem v kasnejšem razvoju glive, ko poide večina celuloze (Schmidt, 2006).
Slika 3: Plodišča glive S. sanguinolentum (a) in rdeče obarvanje lesa kot posledica (b) (Schmidt, 2006)
Bela trohnoba je skupen izraz za glive, ki razgrajujejo ogljikove hidrate in lignin v vseh fazah razvoja. Tipične predstavnice so: Fomes fomentarius, Phellinus igniarius, Phellinus robustus in Trametes versicolor in se pojavljajo na stoječih drevesih (Slika 4b) in na skladiščenem lesu listavcev. Pri nekaterih vrstah gliv bele trohnobe se pojavljajo črne lise, s katerimi se različne vrste ali nekompatibilni miceliji iste vrste ločijo med seboj – to imenujemo piravost (Slika 4c). Linije so posledica fenolnih oksidaz, s katerimi se glivne ali snovi gostiteljskega lesa pretvarjajo v melanin (Schmidt, 2006).
Mehka trohnoba je posebna vrsta razkroja lesa, ki je vidna kot veriga luknjic znotraj S2 plasti celične stene v listavcih in iglavcih, v nadzemnih in podvodnih pogojih. Tak primer je uničenje hladilnega stolpa kljub nasičenju z vodo in lomljenje drogov, kljub temu, da so bili zaščiteni proti Bazidiomikotinam. Med 300 in 1600 vrst Askomikotin in Deuteromikotin povzroča mehko trohnobo, med njimi Chaetomium globosum, Humicola spp., Lecythophora hoffmannii, Monodictys putredinis in Thielavia terrestris. Glive mehke trohnobe se razlikujejo od tistih rjave in bele trohnobe v tem, da rastejo večinoma znotraj olesenele celične stene (Schmidt, 2006).
2.1.3 Ksilofagni morski škodljivci
Les, potopljen v sladki vodi, je veliko manj izpostavljen delovanju škodljivcev kot les v morski vodi, katerega napadajo školjke (mehkužci) in mokrice (členonožci).
Ladijska svedrovka je razširjena po celem svetu, tudi ob vsej naši obali. Ličinke so zelo drobne in najprej sploh niso podobne školjkam. Velike so 250 µm do 300 µm in so del planktona vse dokler se ne pritrdijo na leseno podlago. Takrat izločijo karakteristično snov za tvorbo lupine, s katero se potem zavrtajo v les. Na začetku je školjka velika 2 milimetra, v šestih mesecih pa zraste od 20 cm do 40 cm. Ta škodljivec napada vse vrste lesa, brez izjem.
Slika 4: Rjava trohnoba (a), napredovanje bele trohnobe skozi hlod (b) in piravost (c) (http://www.envirochex.com/Gallery_Pages/Chexfile_Photos/WhiteRot.jpg)
Drug morski ksilofagni škodljivec je lesna mokrica. To je zelo drobna žival, velika od 2 mm do 4 mm. Telo je sploščeno, rumene do rjave barve, ob nevarnosti se zvije v kroglico. Nekaj dni lahko preživi tudi na lesu, ki ni potopljen v vodo. Hrani se lahko s planktonom, čeprav so njena poglavitna hrana celuloza in polioze v lesu, za kar ima potrebne encime. Njena gospodarska škoda je manjša kot tista, ki jo povzroča ladijska svedrovka, vendar pa ravno tako lahko v daljšem obdobju povzroči ogromno škodo (Kervina-Hamović, 1989).
2.2 ZAŠČITNA SREDSTVA
Za zaščito lesa se uporabljajo najrazličnejši biocidni pripravki. V nadaljevanju so opisani komercialno najpomembnejši, ki se uporabljajo ali so se uporabljali za zaščito lesa.
2.2.1 Bakrovi pripravki
Bakrovi pripravki se za zaščito lesa uporabljajo že več kot 200 let in so še danes najpomembnejši fungicidi za zaščito lesa, Humar in Pohleven (2005) pa menita, da se bodo ti pripravki uporabljali tudi v prihodnosti, saj zanje zaenkrat še ni ustrezne alternative.
Industrijska uporaba pripravkov z bakrom kot ključno učinkovino se je začela s patentiranjem Boucherie postopka za zaščito sveže posekane hlodovine z vodno raztopino bakrovega(II) sulfata. Tako zaščiten les na prostem ni imel velike trajnosti, saj se je baker iz lesa hitro izpral.
Ko so v začetku dvajsetega stoletja rešili težave z izpiranjem, je poraba takih pripravkov hitro narasla. Zaščitna sredstva, ki vsebujejo bakrove spojine, ščitijo les tako pred glivami kot pred algami, preprečujejo pa tudi usidranje morskih škodljivcev na podvodne dele lesenih plovil in konstrukcij. Letno se za zaščito lesa porabi več kot 100.000 ton bakrovih pripravkov (Hughes, 1999; Preston, 2000), količina pa še narašča. Razlogov za to je več:
• bakrovi pripravki so učinkoviti proti glivam, bakterijam in algam že v relativno nizkih koncentracijah, na višje rastline pa nimajo negativnega vpliva (Gupta, 1979),
• zaščitna sredstva na osnovi bakra so relativno poceni in sorazmerno varna v primerjavi z drugimi zaščitnimi pripravki (Richardson, 1997)
• prepoved oziroma strožji nadzor nas nekaterimi klasičnimi organskimi biocidi za les, zaradi strupenosti ali okoljske neprimernosti (pentaklorofenol, DDT, lindan, kreozotno olje, organokositrovi pripravki) (Pohleven, 1998)
• hiter razvoj dežel tretjega sveta in s tem povezane večje potrebe po zaščitenem lesu (Richardson, 1997).
Z bakrovimi pripravki zaščiten les pa ogrožajo vedno bolj razširjeni na baker prilagojeni sevi gliv (Zabel, 1954; Tsunoda in sod., 1997; Woodward in De Groot, 1999). Ta problem postaja vedno bolj pereč v Zahodni Evropi, kjer tolerantne glive ogrožajo zaščiten les v uporabi, torej les, ki ima največjo uporabno in ekonomsko vrednost (Humar in Pohleven, 2005).
2.2.1.1 Fungicidne in fungistatične lastnosti bakrovih spojin
Baker je eden izmed sedmih esencialnih elementov, ki so v sledovih nujno potrebni za rast gliv in rastlin. Višje koncentracije spojin bakra pa delujejo fungicidno (Gupta, 1979).
Fungicidno delovanje bakrovih spojin je v primerjavi z delovanjem organskih fungicidov zelo nespecifično. Kljub dolgi in množični uporabi bakrovih biocidov v fungicidne namene njihovo delovanje na glive še ni v celoti raziskano (Richardson, 1997). Znano je, da mora biti bakrova aktivna komponenta raztopljena v vodnem okolju, da deluje fungicidno oziroma fungistatično. Še neraztopljene spojine bakra pa delujejo kot rezervoar, iz katerega se po potrebi sprošča baker v biološko aktivni obliki (Humar in Pohleven, 2005).
V zadnjem času so se razširile glive, ki lahko razkrajajo tudi z bakrovimi pripravki zaščiten les. Tolerantnost gliv na baker so v prvih raziskavah povezovali s produkcijo oksalne kisline.
Za te glive je namreč značilno, da izločajo velike količine oksalne kisline, ki z bakrovimi biocidi tvori netopne in zato nestrupene komplekse bakrovega oksalata (Tsunoda in sod., 1997). V najnovejših raziskavah pa so Humar in sod. (2005) dokazali, da je toleranca na baker veliko bolj povezana z vrednostjo pH okolja, kot pa s topnostjo bakrovih spojin. Večina gliv, tako netolerantnih kot tudi tolerantnih, lahko do določene meje razkraja les, ki je zaščiten s pripravkom CCB in kasneje zakisan z organskimi ali z anorganskimi kislinami.
Težke kovine v živih celicah povzročijo poškodbe, ki so rezultat usklajenih učinkov. Z oksidacijo funkcionalnih skupin blokirajo ali de-aktivirajo delovanje encimov (Lukens, 1971), reagirajo z nekaterimi drugimi pomembnimi kovinami tako, da jih odstranijo ali nadomestijo iz mitohondrijev ter vakuol (Gadd, 1993) ali negativno vplivajo na propustnost celične membrane (Hughes, 1999). Zaradi tako raznolikih interakcij med toksičnimi kovinami in živimi organizmi (tudi glivami) je lahko prizadeta prav vsaka stopnja v razvoju, diferenciaciji in metabolizmu. Pri večini zastrupitev se najprej poškodujejo celične membrane. In ko membrana ni več selektivno propustna, lahko v celico vdrejo snovi iz okolice (Cooney in sod., 1989).
Pri posrednem vplivu pa baker povzroči nastanek prostih radikalov, ki lahko sprožijo verižno reakcijo depolimerizacije makromolekul. Prosti radikali nastajajo pri normalnem metabolizmu, vendar glive preprečujejo depolimerizacijo s tvorbo zaščitnih encimov, ki so dobri antioksidanti. Ti encimi ponavadi vsebujejo naslednje kovine: Mn, Fe, Zn ali Cu (Greco in sod., 1990). Encimi so učinkoviti do določene koncentracije prostih radikalov. Če pa je prostih radikalov preveč, ne morejo več kompenzirati verižnih reakcij, ki jih izzovejo prosti radikali.
Vse pomembnejši biocidi postajajo organo-kovinske spojine, ker so bolj fungicidno aktivne v primerjavi s prostimi kovinskimi bakrovimi ioni. Njihova biološka aktivnost se zelo spreminja glede na vrsto in obliko organske molekule (Cooney in sod., 1989; Petrič, 1994). Največkrat delujejo na membrano mitohondrijev tako, da depolarizirajo elektrokemični gradient in s tem ovirajo akumulacijo energije. Poleg tega lahko organo-kovinske spojine s cepitvijo vezi med kovinskim in organskim delom tvorijo proste radikale. Tretja možnost pa je, da organo- kovinske spojine razdiralno delujejo na celične membrane in povzročijo primanjkljaj kalijevih ionov, kar prizadene transportne procese membrane (Cooney in sod. 1989).
2.2.1.2 Klasični bakrovi pripravki za zaščito lesa
Od prve komercialne uporabe bakrovih pripravkov za impregnacijo lesa po Boucherie postopku v letu 1838 so bili razviti številni pripravki, ki vsebujejo baker. Eden izmed pomembnejših pripravkov je bil ACZOL, ki so ga razvili leta 1907. To je bila raztopina fenola, bakra, cinka in amoniaka. Ko je amoniak iz lesa izhlapel, so v lesu ostali netopni bakrovi in slabo topni cinkovi kompleksi. Ta pripravek se je uporabljal za zaščito lesa več kot 30 let (Hughes, 1999).
Veliko prelomnico v razvoju zaščitnih pripravkov za les pomeni Bruningovo odkritje iz leta 1913, ko so odkrili, da kromove spojine bistveno izboljšajo vezavo aktivnih komponent.
Poleg tega pa močno omilijo tudi korozijo materialov med obdelavo zaščitenega lesa. To odkritje je omogočilo obsežen komercialen razmah zaščitnih pripravkov. Prvi znani komercialni pripravek na osnovi bakrovega sulfata in natrijevega dikromata je leta 1926 patentiral Gilbert Gunn iz škotskega podjetja Celcure. Odlično se je obnesel na severu, ko pa so ga preizkušali v angleških kolonijah, so odkrili, da tako zaščiteni les ni odporen proti termitom in tolerantnim izolatom lesnih gliv (Humar in Pohleven, 2004).
Te težave so bile v veliki meri odpravljene, ko je indijski vladni raziskovalec Sonti Kamesam odkril, da krom ne fiksira le bakrovih spojin temveč tudi arzenove. Vodno raztopino bakrovega sulfata, natrijevega dikromata in arzenovega pentoksida so po sestavinah poimenovali Ascu. Ameriško združenje za zaščito lesa (AWPA) je kasneje (1953) to zmes po glavnih sestavinah poimenovalo kot CCA. V letu 1998 je proizvodnja pripravkov CCA znašala 100.000 t. Drugih anorganskih zaščitnih sredstev so v istem letu proizvedli le 15 000 t. Dodatek arzena v pripravke je izboljšal tako fiksacijo bakra in kroma kot tudi odpornost s CCA zaščitenega lesa proti termitom in tolerantnim izolatom gliv (Richardson, 1993).
Uporaba arzena za zaščito lesa je v skladu z direktivo o biocidih (BPD 98/ 08/EC) v EU ni več dovoljena. V ZDA je uporaba arzena za zaščito lesa še vedno dovoljena, vendar so proizvajalci zaščitnih pripravkov za les in impregnacijske postaje zaradi pritiska javnosti in tožb prostovoljno prenehali uporabljati arzen za zaščito lesa v stiku z ljudmi (Murphy in sod., 2004).
Danes so na trgu na voljo številna komercialna zaščitna sredstva, ki ne vsebujejo arzenovih spojin. Najbolj razširjeni so pripravki, v katerih so arzenove spojine nadomestili z borovimi.
Imenujemo jih CCB pripravki. Nekateri, predvsem skandinavski proizvajalci, pa namesto arzena uporabljajo fosfor (Jermer in sod., 2004). Fiksacija bakra in kroma je v kombinaciji s fosforjem bistveno boljša kot v kombinaciji z borom, zato so ti pripravki primernejši za uporabo na vodnatih območjih, saj je baker zelo nevaren za vse vodne organizme.
Poleg vodotopnih so za zaščito lesa veliko uporabljali tudi bakrove karboksilate, topne v lak bencinu. Bakrov naftenat so odkrili leta 1889 v Rusiji. Prvi komercialni pripravek so leta 1911 na Danskem prodajali pod blagovno znamko Cuprinol. Po drugi svetovni vojni so z njim ščitili telekomunikacijske drogove, v ZDA pa zaboje za strelivo in vrvi za ladje (Richardson, 1993). Zelena raztopina bakrovega naftenata je še danes dokaj množično uporabljano zaščitno sredstvo za les, prodaja se pod različnimi blagovnimi znamkami (Oborex, KP Cuprinol). Z bakrovimi naftenati prepojeni les pa ni odporen proti insektom, razen v primeru, ko je še vedno opazna prosta organska kislina. Slabost bakrovega naftenata je nekompatibilnost s površinskimi premazi. V Sloveniji so do sredine devetdesetih let bakrov naftenat proizvajali tudi v tovarni Arbo (Humar in Pohleven, 2005).
2.2.1.3 Novejši bakrovi pripravki za zaščito lesa
Prva resna alternativa klasičnim zaščitnim pripravkom na osnovi bakra in kroma je bila aktivna učinkovina, imenovana Cu-HDO (N-cikloheksil-Nnitrozohidroksil amin baker), ki so jo razvili v podjetju dr. Wolman. Na trgu je bila najprej dostopna pod komercialnim imenom Wolmanit CXS, danes pa kot Wolmanit CX. Na prodaj je kot 10 % vodna raztopina. Na leto izdelajo okoli 1000 ton te učinkovine za zaščito lesa (Hughes, 1999). Nad vrednostjo pH 7 je Cu-HDO topen v vodi, ko pa se vrednost pH zniža, izpade kot netopna sol. Les je kisel in ima veliko pufersko kapaciteto, zato med impregnacijo nastanejo tvorbe netopnih kompleksov Cu- HDO (Humar in Pohleven, 2005).
V preteklosti so se že uporabljali zaščitni pripravki na osnovi bakrovih spojin in amoniaka. V novejših pripravkih pa so amoniak uspešno nadomestili z amini. Bakrove učinkovine najpogosteje kombinirajo z etanolaminom ali trietanolaminom. Za izboljšanje insekticidnih lastnosti jim dodajo bor in kvartarne amonijeve spojine, ki služijo tudi kot sekundarni fungicidi. Takšne pripravke v ZDA označujejo s kratico ACQ (Zhang in Kamdem, 2000). Na trgu jih prodajajo pod različnimi komercialnimi imeni: ACQ Preserve, Osmose-Naturewood, Celcure AC... V Sloveniji podjetji Regeneracija in Silvaprodukt proizvajata podobna pripravka in ga prodajata pod komercialnimi imeni Kuproflorin oziroma Silvanolin. Les, zaščiten s pripravki na osnovi aminov in bakra, v določenih primerih lahko vgrajujemo tudi v zemljo, vendar je navzem pripravka v tem primeru skoraj še enkrat večji kot pri lesu, ki smo ga zaščitili s CCA (Humar in Pohleven, 2005).
Ker se bor kot sekundarni biocid iz lesa zelo izpira, so dolgo časa iskali primeren biocid, vodotopen biocid, ki bi imel tako fungicidne kot tudi insekticidne lastnosti. Kot zelo učinkoviti so se izkazali pripravki na osnovi bakrovih spojin aminov in azolov. V Veliki Britaniji podjetje Arch prodaja takšne pripravke pod blagovno znamko Tanalith E. Zaradi izredno dobre propagandne akcije je večina impregnacijskih postaj v Veliki Britaniji namesto CCA pričela uporabljati ta pripravek. Les, zaščiten s Tanalithom E je odporen proti večini gliv razkrojevalk, ne zaščiti pa ga pred tolerantnimi izolati gliv (Humar in sod., 2004).
Večina novejših pripravkov je manj učinkovitih, kot sta klasična pripravka CCA in CCB, zato moramo les prepojiti z večjo količino zaščitnih učinkovin. Priporočen navzem za lesene drogove, vgrajene v zemljo, je za pripravek na osnovi bakra, aminov in kvartarnih amonijevih spojin (ACQ) skoraj šestkrat višji kot pri impregnaciji s sredstvom CCA. Zaradi večjih
navzemov, se bodo iz tako zaščitenega lesa sproščale tudi večje količine težkih kovin. Tako se postavlja vprašanje, ali je uvedba novih zaščitnih pripravkov res vedno najboljša rešitev.
Baker je še posebej škodljiv za morske organizme, zato se za zaščito lesa v stiku z morsko vodo še vedno najpogosteje uporabljajo pripravki CCA (Humar in Pohleven, 2005).
Pred nekaj leti so v ZDA razvili novo obliko bakrovega pripravka. V les vnesejo baker v mikronizirani obliki, v velikosti med 20 nm in 100 nm. Ker je baker v obliki nanodelcev se iz lesa ne izpira. Ti pripravki imajo na trgu ZDA že skoraj 75 % delež na področju neinfrastrukturne rabe lesa. V EU so še v postopku registracije. Na trg bodo prišli predvidoma v nekaj letih (Matsunaga in sod., 2010).
2.2.2 Zaščitna sredstva na organski osnovi
Najstarejše zaščitno sredstvo je katran, ki je stranski produkt suhe destilacije lesa. Prvo uporabo za premazovanje lesa zasledimo že pred skoraj 6000 leti, ko naj bi ga za zaščito svoje barke uporabil Noe. Kasneje (1838), so katran destilirali z kreozotnim oljem, ki so ga pridobivali kot stranski produkt med suho destilacijo premoga pri proizvodnji koksa.
Kreozotno olje se je še posebej uveljavilo za zaščito železniških pragov. Danes kreozotna olja pridobivajo tudi z destilacijo nafte (Humar, 2004). V nadaljevanju so opisane najpomembnejše organske aktivne učinkovine.
2.2.2.1 Kreozotno olje (aromatske fenolne snovi)
Je eno najstarejših široko uporabljenih zaščitnih sredstev za les. Dobimo ga z destilacijo premogovega katrana. (Frakcija med 200 °C in 400 °C). Za postopek impregnacije obstajata dva postopka impregnacije. Postopek praznih celic (uporabljamo ga tam, kjer je les v stiku z zemljo) in postopek polnih celic (za les, ki se uporablja v morju). Kreozotno olje je gorljiva, rjavo črna, viskozna tekočina, obstojnega in neprijetnega vonja, ki se večinoma uporablja za impregnacijo železniških pragov in lesnih telekomunikacijskih drogov. Uporablja se za popolno impregnacijo, se ne izpira iz lesa, se pa izceja (solzenje). V zadnjem času je kreozotno olje podvrženo številnim okoljskim pritiskom, kljub temu pa upamo, da v bližnji prihodnosti ne bo prepovedano (European commission, 2010).
2.2.2.2 Kvartarne amonijeve spojine
Uporabljajo se za preventivno zaščito lesa ter v restavratorstvu. So dobri fungicidi, dobro topni v vodi, se dobro vežejo v les, dobro delujejo proti glivam in algam in so manj škodljive za človeka. Uporabljajo se v 2 in 3 razredu izpostavitve. Ker jih bakterije razkrajajo, niso primerne za zaščito lesa v stiku z zemljo. Navadno jih kombiniramo z bakrovimi in borovimi učinkovinami (Humar, 2009a).
2.2.2.3 Piretroidi
To so sintetični analogi piretrinov. Tako naravni piretrini, kot tudi sintetični, so zelo učinkoviti insekticidi za širok spekter žuželk. Najpogosteje uporabljeni sintetični piretroidi so cipermetrin, deltametrin in permentrin. Učinkoviti so že v manjših koncentracijah in so manj toksični za sesalce. Pogosto se uporabljajo tudi v kurativni zaščiti lesa (Freeman in sod., 2007).
2.2.2.4 Izotiazolini
Te spojine so dobro bio-razgradljive, kar je še posebno pomembno iz okoljskega vidika. V zaščiti lesa se je še posebej izkazal 4,5-dikloro-2-n-oktil-4-izotiazoloin-3-on (DCOIT). Ta organska učinkovina je ena redkih izjem, ki jih uporabljamo tudi za zaščito lesa v stiku z zemljo. Razmah te učinkovine preprečuje dejstvo, da povzroča alergije in draži kožo (Pallaske, 2006).
2.2.2.5 Karbamati
Karbamati se za zaščito lesa uporabljajo že od leta 1975. Najpogostejša aktivna snov v tej skupini je IPBC (3-jodo-2-propilbutil karbamat). IPBC dodajajo površinskim premazom za zunanjo uporabo, saj učinkovito preprečuje razvoj plesni in gliv modrivk ter izboljša delovanje triazolov. IPBC je trenutno eden izmed najprimernejših organskih fungicidov uporabljenih za zaščito lesa (Humar, 2009a).
2.2.2.6 Triazoli
To so odlični in že uveljavljeni fungicidi, ki jih skoraj dvajset let uporabljamo za zaščito stavbnega pohištva. Spadajo med okolju prijaznejše biocidne učinkovine. V les dobro
prodirajo in se iz njega ne izpirajo. Za zaščito lesa se najpogosteje uporablja vodotopni propikonazol ter v organskih topilih topen tebukonazol. Obe učinkovini sta stabilni in se ne izpirata iz lesa (Humar, 2009a).
2.2.3 Voski in druga vodoodbojna sredstva
Voski so relativno stabilne netoksične spojine, ki jih človek uporablja za najrazličnejše namene že vse od prazgodovinskih časov dalje. Danes se voski v glavnem uporabljajo kot aditivi in aktivne učinkovine. V prihodnosti bo uporaba voskov najverjetneje še naraščala zaradi njihovih ugodnih toksikoloških in okoljskih lastnosti (Lesar in sod., 2009).
Pojem voski združuje široko skupino spojin, ki ne tvorijo kemijsko homogene skupine. Vsi voski so vodoodbojni materiali, sestavljeni iz različnih sestavin, in sicer: ogljikovodikov (nerazvejani ali razvejani alkani in alkeni), ketonov, diketonov, primarnih in sekundarnih alkoholov, aldehidov, estrov, sterolov, alkanojskih kislin in terpenov (Wolfmeier, 2003).
Zgodovinski prototip za vse voske je čebelji vosek (Matthies, 2001; Wolfmeier, 2003). Glede na njegovo sestavo so znanstveno definirali voske. Voski so kemijsko gledano estri višjih karboksilnih kislin z višjimi alkoholi. Ta definicija je uporabna le za nekaj klasičnih voskov (npr. čebelji in karnauba vosek). Preostalih voskov, kot je na primer parafinski vosek, ta definicija zaradi drugačne kemijske sestave ne zajema (Wolfmeier, 2003). V zadnjem času se je bolj uveljavila definicija, ki definira voske na osnovi fizikalnih lastnosti. Wolfmeier (2003) navaja, da so voski snovi, ki:
• se polirajo pod majhnim tlakom, gostota in topnost sta močno odvisni od temperature,
• so pri 20 °C gnetljive ali nedrobljive, grobo do fino kristalne, transparentne do motne, toda neprozorne ali močno viskozne,
• se nad 40 °C talijo, ne da bi se pri tem razgradile,
• imajo viskoznost nad točko tališča v negativni odvisnosti od temperature
• imajo v večini primerov točko tališča med 50 °C in 90 °C (v izjemnih primerih nad 200 °C),
• v splošnem gorijo s sajastim plamenom,
• Lahko tvorijo paste ali gele in so slab prevodnik toplote in elektrike (toplotni in električni izolatorji).
V lesarstvu se tradicionalno uporabljajo naravni voski (čebelji, karnauba, montana …). Vedno bolj prodirajo tudi sintetični voski, ker so cenejši in imajo lastnosti, prilagojene za specifično uporabo.
2.2.3.1 Vodoodbojna učinkovitost voskov in njihova uporaba v lesarstvu
Velikokrat uporaba voskov temelji na posnemanju njihove naravne funkcije. To še posebno izkoriščamo v lesarstvu, kjer voske uporabljamo predvsem kot sredstva za preprečevanje navlaževanja lesa oziroma za povečevanje vodoodbojnosti površine. Tako voske uporabljamo samostojno za površinsko zaščito lesa ali kot dodatek pripravkom (laki, lazure) za površinsko obdelavo lesa ali kot dodatek lepilom za povečanje vodoodpornosti lesnih kompozitov (Wolfmeier, 2003; SpecialChem, 2010; ChemCor, 2010).
Idealiziran model lesa, zaščitenega z vodoodbojnim sredstvom, je površinski hidrofobni ovoj celic, ki obdaja nezaščiteno jedro, tekoča voda ne more prodreti v notranjost, razen če je zunanji tlak večji od kapilarnega. Debelina zaščitnega plašča je odvisna od impregnabilnosti lesne vrste. Zadostno globino penetracije lahko dosežemo pri dobro impregnabilnih vrstah lesa. V slabo impregnabilne lesne vrste voski prodrejo v vzdolžni smeri le nekaj centimetrov in 1 mm do 2 mm v prečni smeri (Rowell in Banks, 1985).
Lesar in sod. (2008) so ugotovili, da je globina penetracije montanskega voska v smrekovino odvisna od postopka impregnacije in deleža suhe snovi v emulziji. V prečni smeri je vosek prodrl le v lumne prvih poškodovanih celic lesa. Boljša penetracija se doseže z uporabo sredstev na vodni osnovi, ker povzročajo nabrekanje celičnih sten. Sredstva na vodni osnovi in na osnovi organskih topil dobro zapolnijo aksialne traheide in trakove, medtem ko se globlje v lesu vosek nahaja le v trakovih (Svensson in sod., 1987).
2.2.3.2 Čebelji vosek
Je snov, ki jo izločajo medonosne čebele delavke iz voskovnih žlez. Glavna sestavina voska so estri nasičenih maščobnih kislin z enovalentnimi alifatskimi alkoholi, poleg tega vsebuje še proste maščobne kisline, alifatske ogljikovodike, barvila in aromatične snovi (Cyberlipid, 2010; Plut, 2010). Povprečne molekule vsebujejo med 40 in 47 ogljikovih atomov. Pri 32 °C do 35 °C je čebelji vosek plastičen in upogljiv ter se z lahkoto gnete. Čebelji vosek v vodi ni topen. Nekaj njegovih sestavin lahko raztopimo v hladnem etanolu, veliko bolje pa se topi v
toplem etanolu in v številnih drugih organskih topilih, kot na primer v etru, bencinu in terpentinu (Wolfmeier, 2003). Tališče ima med 62 °C in 64 °C. Običajno je rumene do rumeno-rjave barve (Wolfmeier, 2003; Plut, 2010). Vosek se zaradi vsebnosti prostih maščobnih kislin, diolov in hidroksi kislin enostavno umili ter emulgira (Cyberlipid, 2010).
Ni toksičen za sesalce in je eden od najpomembnejših voskov za voskanje lesa v stavbah;
pohištva, lesenih tal in lesenih igrač (Petrič, 2000). Povoskana površina ščiti les pred nečistočami in tekočo vodo, medtem ko čebelji vosek ne zaščiti lesa pred glivami razkrojevalkami in lesnimi insekti (Weissenfield, 1988; Leiße, 1996).
2.2.3.3 Karnauba vosek
Karnauba vosek je rastlinskega izvora. Pridobivajo ga iz listov palme Copernicia cerifera, ki raste v severovzhodnem delu Brazilije. Je brez vonja in okusa, stabilen in nestrupen. Barva (zlato rumen do črn) je odvisna od čistosti in kvalitete voska ter starosti listov (Foncepi, 2010). Sestavljen je iz mono- in di-hidroksi maščobnih kislin, alkoholov z 28 do 34 ogljikovimi atomi, hidroksilnih kislin in njihovih estrov ter poliestrov. Karnauba vosek je najtrši naravni vosek in ima najvišjo točko tališča (med 80 °C in 86 °C) med naravnimi voski (Wolfmeier, 2003; Cyberlipid, 2010; Foncepi, 2010). Je kompatibilen s skoraj vsemi naravnimi in sintetičnimi voski ter številnimi naravnimi in sintetičnimi smolami. Dobro se topi v nepolarnih topilih in se nad točko tališča z njimi meša v vseh razmerjih, medtem ko je v polarnih topilih delno topen le med segrevanjem (Wolfmeier, 2003).
2.2.3.4 Montanski vosek
Montanski vosek je fosiliziran rastlinski vosek, ekstrahiran iz lignita oziroma premoga.
Najpomembnejše komercialno nahajališče je v centralni Nemčiji, vzhodno od reke Elbe, v rjavem premogu. Montanski vosek je mešanica voskov, smol in asfaltnih snovi (Matthies, 2001). Rafiniran montanski vosek je bledo rumen, sestavljen v glavnem iz višjih karboksilnih kislin z dolžino verig med 22 in 34 ogljikovih atomov. Takšen delno sintetičen produkt je izjemno trd, zelo dobro se polira in ni toksičen za sesalce (Matthies, 2001; Heinrichs, 2003).
Ena najpomembnejših lastnosti tega voska je sposobnost tvorjenja tankega odpornega filma (Warth, 1959). Montanski vosek je topen v številnih organskih topilih, še posebno v aromatskih in kloriranih ogljikovodikih, celo pri nizkih temperaturah (Heinrichs, 2003).
Tališče voska je pri temperaturi med 82 °C in 95 °C. V lesarstvu se porablja se kot polnovreden nadomestek za karnauba vosek (ChemCor, 2010).
2.2.3.5 Parafinski vosek
Kot že omenjeno, parafinski vosek kemijsko ne sodi med voske, vendar ga v to skupino snovi uvrščamo zaradi njegovih fizikalnih lastnosti. Je brezbarven, brez vonja, kemijsko inerten, tali pa se pri 48 °C do 66 °C (Wolfmeier, 2003). Njegove lastnosti močno variirajo glede na stopnjo čistosti. Vodoodbojna učinkovitost parafinskih voskov je močno odvisna od stereokemične konfiguracije ogljikovodikov in njihove strukture. Glavna sestavina parafinskega voska so nerazvejane alkanske verige, ki dajejo vosku najboljšo vodoodbojnost.
Daljše kot so verige ogljikovodikov, boljša je vodoodbojnost (Garai in sod., 2005). Topen je v bencinu, terpentinu in raznih drugih organskih topilih (Wolfmeier, 2003). V lesarstvu se uporablja kot dodatek lepilu pri proizvodnji vodoodpornih ivernih plošč in ostalih lesnih kompozitov. Poleg tega se v mešanicah z drugimi voski, smolami itd. uporablja še pri proizvodnji barv in premazov za izboljšanje hidrofobnosti. Uporabljajo ga v trdnem stanju in v obliki emulzij. Ena izmed novejših aplikacij voska je tudi uporaba v mavčno kartonskih ploščah za uravnavanje klime v prostoru.
2.2.3.6 Sintetični voski
Sintetične voske proizvajajo zlasti iz etilena. To so predvsem polietilenski (PE), tudi PE visoke gostote (HDPE), polipropilenski (PP), kopolimerni etilenski in politetrafluoroetilenski (PTFE) voski (ChemCor, 2010). Sintetični voski so cenejši in imajo v primerjavi z naravnimi boljšo uporabnost in konstantno kakovost. Zaradi naštetih lastnosti sintetični voski velikokrat zamenjujejo naravne, na primer karnauba in montana vosek. Voskom med sintezo enostavno prilagodijo lastnosti glede na njihov namen uporabe. Sintetični voski so brezbarvni, beli do prozorni in tvorijo čisto talino. Kot drugi voski so pri segrevanju topni v nepolarnih topilih (alifatskih, aromatskih in kloriranih ogljikovodikih), pri ohlajanju pa jih večina kristalizira v zelo fine delce (Wolfmeier, 2003). Točka tališča sintetičnih voskov je odvisna od vrste voska, lahko pa doseže tudi 130 °C ali več. Sintetične voske je možno pridobivati tudi iz obnovljivih virov, kot je rastlinsko olje oljne repice (Petersson in sod., 2005). Nekateri sintetični voski, predvsem polietilenski, do določene stopnje zavirajo tudi razkrojne procese impregniranega lesa. Les, impregniran z vodno emulzijo polietilenskega voska, je dobro zaščiten pred delovanjem gliv kot so tramovka, siva hišna goba, pisana ploskocevka in ostrigar. Nekoliko manj učinkovito pa ščiti les pred ogljeno kroglico. Ti podatki nakazujejo možnost uporabe teh spojin tudi v zaščiti lesa (Lesar in sod., 2009).
2.3 IMPREGNACIJA SMREKOVINE
Učinkovitost biocidov, protipožarnih in drugih sredstev je odvisna od njihovih lastnih karakteristik ter količine le-teh vezane v les, kot tudi od globine penetracije in enakomerne porazdeljenosti po preseku. Transport zaščitnih sredstev v lesu pa je v glavnem odvisen od štirih dejavnikov: strukturnih karakteristik lesa, vlažnosti lesa, fizikalnih in kemijskih lastnosti zaščitnih sredstev ter gonilnih sil za prodor sredstva v les kot sta difuzija in tlak (Panek in sod., 2003). Običajno je za transport zaščitnega sredstva v suh les odločilen tlak, vendar pa je pri lesu iglavcev ta proces veliko bolj otežen zaradi aspiracije membran v piknjah ter zaradi nalaganja ekstraktivnih snovi kot so lipidi, voski in smole na membrane pikenj (Richardson, 1993). Odstranitev teh snovi predstavlja znaten problem, saj je večina v vodi netopnih (Morrell in Morris, 2002). Zaradi tega je impregnacija smrekovega lesa po običajnih postopkih težavna.
2.4 POSTOPKI ZA POVEČANJE NAVZEMA IMPREGNANTA V LES
Tehnologije impregnacije z uporabo nadtlaka so dostopne že vse od leta 1830, vendar pa s tovrstnimi postopki impregnacije po večini še vedno ne moremo preseči temeljnih omejitev toka skozi slabo propustne membrane pikenj. Zato so dobili zagon novi poskusi izboljšanja impregnacije lesa z vrezovanjem, valjanjem, vrtanjem po dolžini ali z radialnim vrtanjem.
Vzporedno so impregnabilnost skušali izboljšati z zmanjšanjem viskoznosti impregnacijskih sredstev. Nobena od naštetih metod pa ni bila povsem uspešna (Morrell in Morris, 2002).
2.4.1 Selekcija in vzgoja dreves
V naravi so poznani primeri populacij dreves iste vrste z različnimi lastnostmi v impregnabilnosti. Posledično so prišle ideje, da bi z gojenjem dreves pod nadzorovanimi pogoji ustvarili les z več beljave in boljšo impregnabilnostjo. Težava te rešitve je, da se ekonomsko ne obrestuje za proizvod cenovnega razreda, v katerem je trenutno konstrukcijski les (Morrell in Morris, 2002).
2.4.2 Sušenje lesa
Odstranitev odvečne vlage, ki je prisotna v času sečnje, je potrebna za dosego zadostne impregnabilnosti. Sušenje se lahko opravlja po celi vrsti programov. Sušenje masivnega lesa z visoko frekvenco (RF/V) je še relativno novo, čeprav se ta sistem že uporablja za sušenje
furnirja ter umetnih smol in premazov. Učinke sušenja so najprej preučevali Kumar in Morrell (1989), Morris (1991a) ter Lebow in Morrell (1993) da bi ugotovili primerne vlažnosti različnih vrst lesa za impregnacijo. Tudi sušenje v običajnih sušilnih komorah ima mnogo različic, v jugovzhodnih delih ZDA se poslužujejo sušenja pri višjih temperaturah (143 °C) za krajši čas (2 dni do 3 dni), medtem ko na zahodu ZDA in v Evropi sušijo pri nižjih temperaturah (90 °C) dlje časa (4 dni do 5 dni). Sušenje borovine na ta dva načina se ne odraža v zmanjšanju navzema zaščitnih sredstev, temveč se navzem v primerjavi z zračno sušenim lesom celo nekoliko poveča (Booker in Evans, 1994; Cobham in Vinden, 1994).
Obdelava s paro od 18 ur do 20 ur pri 116 °C se uporablja pri vseh vrstah borovine ter tudi pri sušenju lesa drugih vrst iglavcev. Daljša obdobja obdelave prav tako „zmehčajo“ piknje ter tako zmanjšajo aspiracijo in naredijo les bolj dovzeten za impregnacijo (Nicholas in Thomas, 1968a). Sušenje s pregreto paro in sušenje z radijskimi valovi v vakuumu naj bi izboljšala impregnabilnost, vendar pa ta učinek ne velja za vse lesne vrste (Morris in sod., 1998).
2.4.3 Sprememba lastnosti nosilnih topil
Najpreprostejši pristop k spremembi lastnosti tekočin je segrevanje z namenom znižanja viskoznosti in ta praksa je zelo pogosta pri postopkih s pripravki na osnovi olj (Arsenault, 1973). Poskusili so tudi z amoniakalnimi pripravki in z borati. Kakorkoli, segrevanje ima svoje omejitve in ni primerno za vse materiale, CCA pripravki, na primer, se ob povišani temperaturi radi oborijo, posebej ob prisotnosti lesnih sladkorjev (Morrell in Morris, 2002).
Spreminjanje lastnosti raztopin na vodni osnovi je večji izziv. Za izboljšanje penetracije CCA pripravkov v les so jim dodajali borate, učinki pa so bili komaj opazni (Kumar in Morrell, 1989). Prvotna rešitev za spreminjanje lastnosti teh sistemov je bil amoniak. V amoniaku se bakrove spojine dobro topijo, hkrati pa izboljša prodiranje sredstva z raztapljanjem oblog naloženih na membranah v piknjah in nabrekanjem celične strukture (Rak, 1975; Gjovik, 1983). Ta način je našel svojo nišo na trgu zaščite lesa. Žal pa les impregniran z amoniakalnimi pripravki neugledno potemni. Poleg tega je zaradi dražečega vonja delo z amoniakom zelo zahtevno. Zamenjava amoniaka z amini kot sredstva za raztapljanje in fiksacijo bakra je bila uspešna, vendar pa se s tem izgubijo izboljšave na področju penetracije sredstva v les. V praksi se je izkazalo, da se najbolje obnesejo hibridni amino/amoniakalni sistemi (Morris in sod., 2002).
Plinasti agenti prav tako dobro vstopajo v uporen les, vendar pa s takimi postopki zaenkrat niso uspeli vnesti zadostne količine kemikalij, ki bi se vezale v les, in so se zato le-te izprale ali izhlapele (Murphy, 1994). Druga alternativa običajnim tlačnim postopkom so superkritični fluidi (SCF). Pri tem postopku je material segret in kompresiran nad svojo kritično temperaturo in tlak (Kayihan, 1992). Posledica je SCF z lastnostjo difuzivnosti podobno plinom in sposobnostjo raztapljanja podobno tekočinam. To omogoča tok sredstva skozi les z zadostno količino zaščitnih snovi (Acda in sod., 2001). Nadaljnje raziskave potekajo v več državah, na Danskem pa se že komercialno uporabljajo za impregnacijo lameliranih lepljenih nosilcev in smrekovih lesnih oblog.
2.4.4 Vrezovanje lesa pred impregnacijo
Poznamo tri pomembnejše postopke vrezovanja; vrezovanje z zobmi/rezili, vrezovanje z iglami in lasersko vrezovanje. Slednja postopka v praksi še nista prišla do izraza zaradi ogromnega napredka vrezovanja z rezili v devetdesetih letih prejšnjega stoletja. Postopek, prvotno zasnovan za obdelavo hlodovine z velikimi jeklenimi zobmi brez ozira na končni izgled, se je razvil v sistem z na tisoče majhnimi rezili na kvadratni meter, samočistilnimi obroči za zmanjšanje površinskih poškodb ter napredkom v pnevmatskih tehnologijah za bolj enakomerno prodornost. Vsi ti dosežki so izboljšali navzem zaščitnih sredstev in zmanjšali vizualne površinske poškodbe (Morris, 1991b; Lebow in Morrell, 1993b). Novim odkritjem navkljub pa ostaja koncept vrezovanja nespremenjen. Vrezovanje je še vedno proces, ki izboljša vzdolžni tok od mesta vreznine do globine vrezovanja, nima pa vpliva na radialni in tangencialni tok.
Slika 6: Stroj za vrezovanje lesa
(http://www.easychinasupply.com/user_upload/1209882568588.jpg) Slika 5: Smrekov les po vrezovanju
(http://www.advance-
guard.com/images/wood_closeup.jpg
2.4.5 Radialno vrtanje in vrtanje skozi celotno deblo
Začetki uporabe te tehnologije so v Združenih Državah Amerike, kjer jo uporabljajo za električne drogove in večjo hlodovino. Na ta način je možno doseči skoraj popolno impregnacijo v območju vrtanja, mehanske lastnosti drogu pa se poslabšajo za 3 % do 5 % (Graham in sod., 1969; Morrell in Schneider, 1994). Prednost tega postopka je skoraj popolna odsotnost razkroja drogov z notranje strani.
2.4.6 Razkroj pikenj - biovrezovanje
Piknje ostajajo glavna ovira navzema pri večini lesnih vrst. Delovanje bakterij na membrane pikenj sta raziskovala že Ellwood in Eckland (1959). Strokovnjaki za patologijo lesa že dolgo vedo, da se mnoge glive razrastejo po lesu skozi piknje in jih kasneje tudi razgradijo. Les preraščen s plesnimi in drugimi glivami vpije večje količine zaščitnih sredstev in drugih premazov (Bergman, 1984). Hlodi izpostavljeni plesnim so bili veliko manj težavni za obdelavo, vendar pa plesni niso vplivale na propustnost jedrovine, kar pa je do določene mere uspelo s predobdelavo z glivami bele trohnobe (Rosner in sod., 1998).
Schwarze in Schubert (2009) sta poskušala izboljšati impregnabilnost smrekovine in jelovine z glivo Physisporinus vitreus in ugotovila, da se navzem z namakanjem lesa le malo izboljša, medtem ko je izboljšanje navzema pri tlačnih načinih impregnacije močno povečano.
Lehringer in sod. (2010) so pri raziskovanju biovrezovanja z isto vrsto glive ugotovili, da s hifami najprej prodre skozi zamašene piknje (Slika 7, Slika 8), šele veliko kasneje začne razgrajevati tudi celične stene traheid in zato tudi veliko uspešneje razgrajuje kasni les kot rani les, saj ima slednji veliko manj pikenj in te so tudi manjše kot v kasnem lesu. Zaključili so, da je za industrijsko uporabo perspektiven samo postopek biovrezovanja, ki je zelo kratek, z močnim povečanjem navzema in z minimalnim vplivom na mehanske lastnosti lesa.
Alternativa za uporabo gliv so pektinolitični encimi teh organizmov. Študije so pokazale, da se na ta način da doseči boljšo impregnabilnost, vendar pa so prednosti omejene in cena encimov je krepko presegla dodano vrednost takega lesa (Nicholas in Thomas, 1968b).
2.4.7 Pogoji postopka impregnacije
Dve najpomembnejši metodi v tem poglavju sta proces s spreminajočim tlakom (Cobham in Vinden, 1995; Flynn in Goodell, 1994) in proces z oscilirajočim tlakom (Hudson in Hendriksson, 1956). Oba cikla temeljita na predvidevanju, da lahko spreminjanje tlaka odmaši aspirirane piknje in izboljša propustnost lesa. Z udarnimi valovi nadtlaka sta poskusila Burdell in Barnett (1969), z zvočnimi valovi pa Nair in Simonsen (1995) in dosegli nekaj uspehov pri povečanju navzema zaščitnih pripravkov v les.
Slika 7: Hife, ki prodirajo skozi piknje, posnete pod
svetlobnim mikroskopom (Lehringer in sod. 2010: 3) Slika 8: Hifa, ki je razgradila pikenjsko membrano, posneta s SEM mikroskopijo (Lehringer in sod. 2010: 3)
3 MATERIAL IN METODE
3.1 VZORCI
3.1.1 Smrekovina 3.1.1.1 Opis lesa
Smrekovina ima neobarvano jedrovino, zato se beljava in jedrovina barvno ne ločita. Les je večinoma rumenkastobel, v starosti tudi rumenkastorjav. Branike od ozkih do zelo širokih, so razločne. Prehod iz svetlega, belkastega ranega lesa do rdečkastorumenega kasnega lesa je večinoma postopen. Poskobljane površine imajo svilnat lesk. Svež les diši po smoli. Pogost je pojav smolnih žepkov.
Smrekovina je zelo podobna jelovini. Glavni znak za ločevanje obeh vrst so normalni smolni kanali, ki jih ima samo smrekovina (na zglajeni prečni površini se aksialni smolni kanali z lupo lepo vidijo kot svetle pike). Poleg tega je jelovina bolj bela, pogosto z modrikastim nadihom.
3.1.1.2 Lastnosti lesa
Aksialni elementi potekajo premo, jedrovina je neobarvana, branike so razločne.
Gostota je nizka do srednja, krčenje je zmerno. Je elastična in trdna, suši se brez težav, lahko se cepi in lepo se lušči. Les je le malo nagnjen k zvijanju in pokanju in se z lahkoto obdeluje z ročnimi orodji ali strojno. Brez težav se površinsko obdeluje z vsemi komercialnimi laki. Lepi se dobro. Dobro se tudi žeblja in vijači.
Zaradi nizke vsebnosti ekstraktivov je les kemično komajda aktiven. Ob stiku z vodo, kislinami, bazami, alkoholom, maščobami, olji, bakrom ali medenino ne pride do obarvanja.
Železo ob stiku s smrekovino ne korodira, vendar se les sivkasto obarva. Nezaščiten les je le zmerno odporen proti atmosferilijam in neodporen proti insektom in glivam. Pri uporabi na prostem mora biti zato smrekovina pravilno vgrajena in zaščitena oz. površinsko obdelana. V primerjavi z borovino se bistveno slabše impregnira (Čufar, 2006).
Preglednica 1: Lastnosti smrekovine po Grosser in Teetz (1985) Gostota
0 300...430...640 kg/m3
15 330...470...680 kg/m3
E-modul – iz upogiba
11 000 N/mm2 10 000 N/mm2
Tlačna Trdnost – vzporedno s potekom aksialnih elementov 43 N/mm2 40 N/mm2
Natezna trdnost – vzporedno s potekom aksialnih elementov 90 N/mm2 80 N/mm2
Upogibna trdnost – vzporedno s potekom aksialnih elementov 66 N/mm2 68 N/mm2
Strižna trdnost – vzporedno s potekom aksialnih elementov 6,7 N/mm2 7,5 N/mm2
Krčenje β – totalni skrčki vzdolžno (βl) 0,3 % tangencialno (βt) 7,8 % radialno (βr) 3,6 % volumsko (βv) 12,0 %
Diferencialno nabrekanje q
Procentualni nabrek ob spremembi lesne vlažnosti za 1 % qrad= 0,19 %/%
qtang = 0,36 %/%
anizotropija nabrekanja qtang/qrad = 1,9
se nadaljuje
